设计模式介绍
简介
设计模式是对软件设计中普遍存在(反复出现) 的各种问题，所提出的解决方案。
为什么学习设计模式
软件要做大，要先进行设计，才能保证其有高的稳定性、扩展性（容易按照新的需求添加功能）、复用性（相同功能的代码，不用多次编写）、规范性、可读性（其他程序员更容易看懂项目的代码）、可维护性、内聚性、灵活性、可靠性（添加新的功能后，对原来的功能没有影响），降低耦合性
工作招聘要求越来越高（问你概念，在项目中用过哪些设计模式，怎么用的）
如果想要成为合格的软件工程师，学习设计模式很有必要
合理使用设计模式，写出来的代码不但结构清晰，有时候效率也会更高
在网站开发中，框架的源码会使用设计模式实现，在写业务代码实现功能的时候，也需要使用到设计模式
设计模式是一种思想，不局限于某种语言，Java、PHP、C#、C++都可以用
七大设计原则介绍
单一职责原则(Single Responsibility Principle)
介绍
一个类只负责一项职责（一项职责并非一个职责，如订单的所有操作叫一项职责；关于商品的操作又是另外一项职责），不然修改其中一项的代码，有可能影响其他的职责
作用
- 降低类的复杂度
- 提高类的可读性，可维护性
- 降低变更引起的风险
- 通常情况下，我们应当遵守单一职责原则，只有逻辑足够简单，才可以在代码级违反单一职责原则; 只有类中方法数量足够少，可以在方法级别保持单一职责原则
案例
原始实现
package com.atguigu.principle.singleresponsibility; public class SingleResponsibility1 { public static void main(String[] args) { Vehicle vehicle = new Vehicle(); vehicle.run("摩托车"); vehicle.run("汽车"); vehicle.run("飞机"); } }
// 交通工具类 class Vehicle { public void run(String vehicle) { System.out.println(vehicle + " 在公路上运行...."); } }
【运行结果】
摩托车 在公路上运行.... 汽车 在公路上运行.... 飞机 在公路上运行.... Process finished with exit code 0
【分析】 1. 在Vehicle的run方法中，违反了单一职责原则，飞机不应该在公路上跑 2. 解决的方案非常的简单，根据交通工具运行方法不同，分解成不同类即可
改进一
package com.atguigu.principle.singleresponsibility; public class SingleResponsibility2 { public static void main(String[] args) { RoadVehicle roadVehicle = new RoadVehicle(); roadVehicle.run("摩托车"); roadVehicle.run("汽车"); AirVehicle airVehicle = new AirVehicle(); airVehicle.run("飞机"); } }
class RoadVehicle { public void run(String vehicle) { System.out.println(vehicle + "公路运行"); } }
class AirVehicle { public void run(String vehicle) { System.out.println(vehicle + "天空运行"); } }
class WaterVehicle { public void run(String vehicle) { System.out.println(vehicle + "水中运行"); } }
【分析】
- 遵守单一职责原则
- 但是这样做的改动很大，即将类分解，同时修改客户端（方法调用端）
【改进】
- 直接修改Vehicle 类，改动的代码会比较少
改进二
package com.atguigu.principle.singleresponsibility; public class SingleResponsibility3 { public static void main(String[] args) { Vehicle2 vehicle2 = new Vehicle2(); vehicle2.run("汽车"); vehicle2.runWater("轮船"); vehicle2.runAir("飞机"); } }
//方式3的分析 //1. 这种修改方法没有对原来的类做大的修改，只是增加方法 //2. 这里虽然没有在类这个级别上遵守单一职责原则，但是在方法级别上，仍然是遵守单一职责 class Vehicle2 { public void run(String vehicle) { //可以增加其他处理，不影响其他方法 System.out.println(vehicle + " 在公路上运行...."); } public void runAir(String vehicle) { System.out.println(vehicle + " 在天空上运行...."); } public void runWater(String vehicle) { System.out.println(vehicle + " 在水中行...."); } }
【分析】
- 这种修改方法没有对原来的类做大的修改，只是增加方法
- 这里虽然没有在类这个级别上遵守单一职责原则，但是在方法级别上，仍然是遵守单一职责（ 只有类中方法数量足够少，可以在方法级别保持单一职责原则，如果方法多了，建议还是拆分成多个类）
接口隔离原则(Interface Segregation Principle)
介绍
客户端不应该依赖它不需要的接口，即一个类对另一个类的依赖应该建立在最小的接口（拆到最小，依赖的时候每个方法都用得上）上
案例
原始实现
B、D是实现类，A、C使用B、D实现的方法
package com.atguigu.principle.segregation; public class Segregation1 { public static void main(String[] args) { } }
//接口 interface Interface1 { void operation1(); void operation2(); void operation3(); void operation4(); void operation5(); }
class B implements Interface1 { public void operation1() { System.out.println("B 实现了 operation1"); } public void operation2() { System.out.println("B 实现了 operation2"); } public void operation3() { System.out.println("B 实现了 operation3"); } public void operation4() { System.out.println("B 实现了 operation4"); } public void operation5() { System.out.println("B 实现了 operation5"); } }
class D implements Interface1 { public void operation1() { System.out.println("D 实现了 operation1"); } public void operation2() { System.out.println("D 实现了 operation2"); } public void operation3() { System.out.println("D 实现了 operation3"); } public void operation4() { System.out.println("D 实现了 operation4"); } public void operation5() { System.out.println("D 实现了 operation5"); } }
class A { //A 类通过接口Interface1 依赖(使用) B类，但是只会用到1,2,3方法 public void depend1(Interface1 i) { i.operation1(); } public void depend2(Interface1 i) { i.operation2(); } public void depend3(Interface1 i) { i.operation3(); } }
class C { //C 类通过接口Interface1 依赖(使用) D类，但是只会用到1,4,5方法 public void depend1(Interface1 i) { i.operation1(); } public void depend4(Interface1 i) { i.operation4(); } public void depend5(Interface1 i) { i.operation5(); } }
【分析】
- 类A通过接口Interface1依赖类B，类c通过接口Interface1依赖类D，如果接口Interface1对于类A和类C来说不是最小接口，那么类B和类D必须去实现他们不需要的方法
- 将接口Interface1拆分为独立的几个接口，类A和类C分别与他们需要的接口建立依赖关系。也就是采用接口隔离原则
- 接口interface1中出现的方法，根据实际情况拆分为三个接口
改进
package com.atguigu.principle.segregation.improve; public class Segregation1 { public static void main(String[] args) { // 使用一把 A a = new A(); a.depend1(new B()); // A类通过接口去依赖B类 a.depend2(new B()); a.depend3(new B()); C c = new C(); c.depend1(new D()); // C类通过接口去依赖(使用)D类 c.depend4(new D()); c.depend5(new D()); } }
// 接口1 interface Interface1 { void operation1(); }
// 接口2 interface Interface2 { void operation2(); void operation3(); }
// 接口3 interface Interface3 { void operation4(); void operation5(); }
class B implements Interface1, Interface2 { public void operation1() { System.out.println("B 实现了 operation1"); } public void operation2() { System.out.println("B 实现了 operation2"); } public void operation3() { System.out.println("B 实现了 operation3"); } }
class D implements Interface1, Interface3 { public void operation1() { System.out.println("D 实现了 operation1"); } public void operation4() { System.out.println("D 实现了 operation4"); } public void operation5() { System.out.println("D 实现了 operation5"); } }
class A { // A 类通过接口Interface1,Interface2 依赖(使用) B类，但是只会用到1,2,3方法 public void depend1(Interface1 i) { i.operation1(); } public void depend2(Interface2 i) { i.operation2(); } public void depend3(Interface2 i) { i.operation3(); } }
class C { // C 类通过接口Interface1,Interface3 依赖(使用) D类，但是只会用到1,4,5方法 public void depend1(Interface1 i) { i.operation1(); } public void depend4(Interface3 i) { i.operation4(); } public void depend5(Interface3 i) { i.operation5(); } }
依赖倒转(倒置)原则(Dependence Inversion Principle)
介绍
- 高层模块不应该依赖低层模块，二者都应该依赖其抽象（指抽象类/接口）
- 抽象不应该依赖细节，细节应该依赖抽象
- 依赖倒转(倒置)的中心思想是
面向接口编程 - 依赖倒转原则是基于这样的设计理念：相对于细节的多变性，抽象的东西要稳定的多。以抽象为基础搭建的架构比以细节为基础的架构要稳定的多。在iava中，
抽象指的是接口或抽象类，细节就是具体的实现类 - 使用接口或抽象类的目的是制定好规范（声明方法，不实现），而不涉及任何具体的操作，把展现细节的任务交给他们的实现类去完成（让实现类实现方法）
案例
原始实现
package com.atguigu.principle.inversion; public class DependecyInversion { public static void main(String[] args) { Person person = new Person(); person.receive(new Email()); } }
class Email { public String getInfo() { return "电子邮件信息: hello,world"; } }
//完成Person接收消息的功能 class Person { // 直接依赖具体的类 public void receive(Email email) { System.out.println(email.getInfo()); } }
【分析】
- 优点：简单，比较容易想到
- 缺点：如果我们获取的对象是 微信，短信等等，则需要新增类，同时Person也要增加相应的接收方法
【改进】
引入一个抽象的接口IRecceiver, 表示接收者, 这样Person类与接口IReceiver发生依赖 因为Email, WeiXin 等等属于接收的范围，他们各自实现IReceiver 接口就ok, 这样我们就符合依赖倒转原则
改进
package com.atguigu.principle.inversion.improve; public class DependecyInversion { public static void main(String[] args) { //客户端无需改变 Person person = new Person(); person.receive(new Email()); person.receive(new WeiXin()); } }
//定义接口 interface IReceiver { public String getInfo(); }
class Email implements IReceiver { public String getInfo() { return "电子邮件信息: hello,world"; } }
//增加微信 class WeiXin implements IReceiver { public String getInfo() { return "微信信息: hello,ok"; } }
//方式2 class Person { //改成依赖接口 public void receive(IReceiver receiver ) { System.out.println(receiver.getInfo()); } }
依赖传递的三种方式
package com.atguigu.principle.inversion.improve; public class DependencyPass { public static void main(String[] args) { ChangHong changHong = new ChangHong(); OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(); openAndClose.open(changHong); } }
// 方式1： 通过接口传递实现依赖 // 开关的接口 interface IOpenAndClose { public void open(ITV tv); //抽象方法,接收接口 }
interface ITV { //ITV接口 public void play(); }
class ChangHong implements ITV { @Override public void play() { System.out.println("长虹电视机，打开"); } }
// 实现接口 class OpenAndClose implements IOpenAndClose { public void open(ITV tv) { tv.play(); } }
package com.atguigu.principle.inversion.improve; public class DependencyPass { public static void main(String[] args) { ChangHong changHong = new ChangHong(); //通过构造器进行依赖传递 OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(changHong); openAndClose.open(); } }
// 方式2:通过构造方法依赖传递 interface IOpenAndClose { public void open(); //抽象方法 }
interface ITV { //ITV接口 public void play(); }
class OpenAndClose implements IOpenAndClose { public ITV tv; //成员 public OpenAndClose(ITV tv) { //构造器 this.tv = tv; } public void open() { this.tv.play(); } }
class ChangHong implements ITV { @Override public void play() { System.out.println("长虹电视机，打开"); } }
package com.atguigu.principle.inversion.improve; public class DependencyPass { public static void main(String[] args) { ChangHong changHong = new ChangHong(); //通过setter方法进行依赖传递 OpenAndClose openAndClose = new OpenAndClose(); openAndClose.setTv(changHong); openAndClose.open(); } }
// 方式3,通过setter方法传递 interface IOpenAndClose { public void open(); // 抽象方法 public void setTv(ITV tv); }
interface ITV { // ITV接口 public void play(); }
class OpenAndClose implements IOpenAndClose { private ITV tv; public void setTv(ITV tv) { this.tv = tv; } public void open() { this.tv.play(); } }
class ChangHong implements ITV { @Override public void play() { System.out.println("长虹电视机，打开"); } }
总结
- 低层模块尽量都要有抽象类或接口，或者两者都有，程序稳定性更好
- 变量的声明类型尽量是抽象类或接口，这样我们的变量引用和实际对象间，就存在一个缓冲层，利于程序扩展和优化。
这句话的意思是，使用抽象类或接口作为变量类型，可以降低代码的耦合度。通过引入抽象层，将具体的实现细节与变量引用分离开来。这样一来，当需要拓展或修改程序时，只需要修改具体实现类，而无需修改引用该变量的其他代码。 A obj1=new B(); 或者 A obj2=new C(); 此外，还可以增强代码的扩展性。如果需要添加新的功能或实现，只需要实现相应的接口或继承相应的抽象类，并将其赋值给变量引用即可，无需修改原有代码。 最后，还可以方便地进行性能优化。通过更换具体实现类，可以根据实际需求选择不同的实现方式，从而达到最佳性能。 以下是一个具体的例子： 假设我们有一个形状类 Shape，它有一个抽象方法 getArea()，需要子类来实现具体的计算面积的方法，如圆形类 Circle 和矩形类 Rectangle。 如果我们要写一个计算图形面积的程序，可以这样声明变量： Shape[] shapes = new Shape[2]; shapes[0] = new Circle(5); // 半径为 5 的圆形 shapes[1] = new Rectangle(3, 4); // 长为 3，宽为 4 的矩形 这里我们采用了 Shape 类作为变量类型，而不是具体的 Circle 或 Rectangle 类。这样做有以下好处： 降低代码耦合度：其他代码引用 shapes 数组时只需要知道它是 Shape 类型，不需要知道具体是哪个子类实现了它。 增强程序扩展性：如果我们要添加新的形状，只需要实现 Shape 的方法即可，而不需要修改其他代码。 方便性能优化：如果程序更偏向于计算圆形面积，我们可以使用更高效的圆形实现类来替换原有的 Circle 类，只需要修改创建 Circle 实例的代码即可，其他代码不需要做任何修改。
- 继承时遵循里氏替换原则
里氏替换原则
介绍
告诉我们继承需要注意什么问题
【使用继承会带来的问题】
继承包含这样一层含义:父类中凡是已经实现好的方法，实际上是在设定规范和契约，虽然它不强制要求所有的子类必须遵循这些契约（子类可以重写父类已经实现的方法），但是如果子类对这些已经实现的方法任意修改，就会对整个继承体系造成破坏
继承在给程序设计带来便利的同时，也带来了弊端。比如使用继承会给程序带来侵入性，程序的可移植性降低，增加对象间的耦合性（如果一个类被其他的类所继承则当这个类需要修改时，必须考虑到所有的子类，并且父类修改后，所有涉及到子类的功能都有可能产生故障）
如何正确的使用继承？答：需要遵守里氏替换原则
【里氏替换原则】
里氏替换原则(Liskov Substitution Principle)在1988年，由麻省理工学院的以为姓里的女士提出的
如果对每个类型为T1的对象o1，都有类型为T2的对象o2，使得以T1定义的所有程序P在所有的对象o1都代换成o2时，程序P的行为没有发生变化，那么类型T2是类型T1的子类型。换句话说，所有引用基类（父类）的地方必须能透明地使用其子类的对象(使用基类对象的任何地方，都可以替换为子类对象而不会影响代码的正确性。换句话说，基类对象的行为和子类对象的行为应该是一致的，不应该有任何差别。)
在使用继承时，遵循里氏替换原则，在子类中尽量不要重写父类的方法(如果重写了，就不再透明，调用子类的方法和调用父类的方法不同)
里氏替换原则告诉我们，继承实际上让两个类耦合性增强了，在适当的情况下，可以通过聚合，组合，依赖来解决问题
案例
原始实现
package com.atguigu.principle.liskov; public class Liskov { public static void main(String[] args) { A a = new A(); System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3)); System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8)); System.out.println("-----------------------"); B b = new B(); //这里程序员的本意是求出11-3，忘记父类的方法被重写了 System.out.println("11-3=" + b.func1(11, 3)); System.out.println("1-8=" + b.func1(1, 8));// 1-8 System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3)); } }
// A类 class A { // 返回两个数的差 public int func1(int num1, int num2) { return num1 - num2; } }
// B类继承了A // 增加了一个新功能：完成两个数相加,然后和9求和 class B extends A { //这里，重写了A类的方法, 可能是无意识 public int func1(int a, int b) { return a + b; } public int func2(int a, int b) { return func1(a, b) + 9; } }
【分析】
我们发现原来运行正常的相减功能发生了错误。原因就是类B无意中重写了父类的方法，造成原有功能出现错误。在实际编程中，我们常常会通过重写父类的方法完成新的功能，这样写起来虽然简单，但整个继承体系的复用性会比较差。特别是运行多态比较频繁的时候
【改进】
将原来的父类和子类都继承一个更通俗的基类，原有的继承关系去掉，采用依赖，聚合，组合等关系代替
改进
组合：B类还需要使用到A类的方法
package com.atguigu.principle.liskov.improve; public class Liskov { public static void main(String[] args) { // TODO Auto-generated method stub A a = new A(); System.out.println("11-3=" + a.func1(11, 3)); System.out.println("1-8=" + a.func1(1, 8)); System.out.println("-----------------------"); B b = new B(); System.out.println("11+3=" + b.func1(11, 3));//这里本意是求出11+3 System.out.println("1+8=" + b.func1(1, 8));// 1+8 System.out.println("11+3+9=" + b.func2(11, 3)); //使用组合仍然可以使用到A类相关方法 System.out.println("11-3=" + b.func3(11, 3));// 这里本意是求出11-3 } }
//创建一个更加基础的基类 class Base { //把更加基础的方法和成员写到Base类 }
// A类 class A extends Base { // 返回两个数的差 public int func1(int num1, int num2) { return num1 - num2; } }
// B类继承了A // 增加了一个新功能：完成两个数相加,然后和9求和 class B extends Base { //如果B需要使用A类的方法,使用组合关系 private A a = new A(); //这里，重写了A类的方法, 可能是无意识 public int func1(int a, int b) { return a + b; } public int func2(int a, int b) { return func1(a, b) + 9; } //我们仍然想使用A的方法 public int func3(int a, int b) { return this.a.func1(a, b); } }
【分析】
- 使用这种方式，降低了A和B之间的耦合度
- 因为B类不再继承A类，因此调用者，不会再认为func1是求减法，调用完成的功能就会很明确
